JP2008530964A - Effective electromagnetic compatibility filter for machine tools - Google Patents
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Abstract
【課題】
低漏れ電流を展示し、さらに、公知装置の生産費より安い生産費をもち公知装置よりコンパクトである工作機械のEMCフィルタを提供する。
【解決手段】
工作機械の有効電磁互換性フィルタは大きな相対アースコンデンサにより通常には誘導された漏れ電流を減少できる。このフィルタは有効分岐モジュール或いはインピーダンスコンバータ或いは修正信号発生器から成り、三相と単相応用の両方に適している。【Task】
An EMC filter for a machine tool exhibiting low leakage current and having a production cost lower than that of a known device and more compact than that of the known device is provided.
[Solution]
Machine tool effective electromagnetic compatibility filters can reduce leakage currents normally induced by large relative earth capacitors. This filter consists of an effective branch module or impedance converter or a modified signal generator and is suitable for both three-phase and single-phase applications.
Description
この出願は、工作機械や工業的動力工具装置において不望の騒音成分を抑圧する有効電気フィルタに関する。更に特に、専ら電気フィルタではなく、この出願は電気工作機械の主ライン或いは電気供給ラインの電磁互換性フィルタを扱う。 This application relates to an effective electrical filter that suppresses unwanted noise components in machine tools and industrial power tool devices. More specifically, rather than exclusively electrical filters, this application deals with electromagnetic compatibility filters on the main line or electrical supply line of an electric machine tool.
電磁互換性(EMC)は今日の電気と電子工業における増加した臨界因子である。多数の電気回路や器具が存在し、無線周波数電磁干渉(RF EMI)或いは他の回路や器具により発生された干渉を受けがちである。 Electromagnetic compatibility (EMC) is an increased critical factor in today's electrical and electronics industry. There are a large number of electrical circuits and instruments that are prone to radio frequency electromagnetic interference (RF EMI) or interference generated by other circuits and instruments.
電気装置における伝導騒音と外乱は一般に騒音発生装置或いは騒音検知装置の主供給ラインにローパスLCフィルタを挿入することによって取り扱われる。そのようなフィルタは不望の周波数成分を無害レベルに減じる。クラスL、Tとpiフィルタトポロジーを包含する多くのフィルタトポロジーが使用され得る。 Conducted noise and disturbances in electrical devices are generally handled by inserting a low pass LC filter in the main supply line of the noise generator or noise detector. Such a filter reduces unwanted frequency components to harmless levels. Many filter topologies can be used, including class L, T and pi filter topologies.
欧州特許出願公開第1069673号明細書(特許文献1)は受動要素から成る三相騒音抑圧フィルタの例を示す。 European Patent Application No. 1069673 (Patent Document 1) shows an example of a three-phase noise suppression filter composed of passive elements.
受動EMCフィルタは多数の出願において有効に証明されていた。しかしながら、この技術の欠点は、必要な減衰レベルを得るために高値コンデンサとインダクタンスはこの出願には必要とされている。生じるフィルタの寸法と価格は、特に同相モード騒音の高減衰が必要とされるときに、主としてこれら大きな成分によって決定される。さらに、漏れ電流がフィルタコンデンサの容量に直接に比例している。 Passive EMC filters have proven effective in numerous applications. However, the disadvantage of this technique is that high value capacitors and inductances are required in this application to obtain the required attenuation level. The size and price of the resulting filter is determined primarily by these large components, especially when high attenuation of common mode noise is required. Furthermore, the leakage current is directly proportional to the capacity of the filter capacitor.
電気工作機械は漏れ電流の問題に関する特殊な場合を示す。特に工作機械が残留電流装置(RCD)、例えば電力出口に於ける安全装置と関連して使用されるときに、その安全装置は定義された閾値を越える漏れ電流の検出により電力供給を自動的に遮断する。 Electric machine tools present a special case with respect to leakage current problems. Especially when the machine tool is used in conjunction with a residual current device (RCD), for example a safety device at the power outlet, the safety device automatically supplies power by detecting a leakage current exceeding a defined threshold. Cut off.
この場合にEMCにより誘導された無害漏れ電流は工作機械のアースに対して可能な障害電流に加えて、RCDの閾値を効果的に減らす。このとき、RCDの尚早干渉が追従する。 In this case, the harmless leakage current induced by EMC effectively reduces the RCD threshold in addition to the possible fault current to the machine tool ground. At this time, premature interference of the RCD follows.
工作機械とのそれ以上の関係は、しばしば火災保護規制が低レベルの許容漏れ電流を負わせる。 Further relationships with machine tools often cause fire protection regulations to impose a low level of allowable leakage current.
EMCフィルタによりアースに対する漏れ電流はY濾過コンデンサの値を減少させることにより減らされ得る。しかしながら、これはフィルタの効率性に厳しく影響を与える。 With the EMC filter, the leakage current to ground can be reduced by reducing the value of the Y filtration capacitor. However, this severely affects the efficiency of the filter.
フィルタチョークのインダクタンス値を増加することはYコンデンサの低い値を補償できるが、しかしある範囲にまで補償できる。より大きいインダクタンスは減衰を制限するより大きい漂遊コンデンサを有し、従来のものよりさらに高価で嵩張っている。さらに、大きなインダクタンスと小容量の組合せはフィルタの安定性を減衰させ、不望の共振振動源である。 Increasing the inductance value of the filter choke can compensate for the low value of the Y capacitor, but can compensate to some extent. Larger inductances have larger stray capacitors that limit attenuation, and are more expensive and bulky than conventional ones. Furthermore, the combination of large inductance and small capacitance attenuates the stability of the filter and is an undesired resonant vibration source.
上記問題は、三相の一つがアース電位である例えば日本の分配送電網により採用されたシステムような非対称三相システムの場合において敏感である。大きな漏れ電流は、スターセンター点とアースの間に接続された濾過コンデンサにおける漏れからこの構成において誘導できる。
本発明の目的は、低漏れ電流を展示する工作機械のEMCフィルタを提供することである。 It is an object of the present invention to provide a machine tool EMC filter exhibiting low leakage current.
本発明の目的は、さらに、公知装置の生産費より安い生産費をもつ工作機械のEMCフィルタを提供することである。 It is a further object of the present invention to provide a machine tool EMC filter having a production cost that is lower than the production cost of known devices.
本発明の他の目的は、公知装置よりコンパクトである工作機械のEMCフィルタを提供することである。 Another object of the present invention is to provide an EMC filter for a machine tool that is more compact than known devices.
これらの目的は、添付独立した請求項の主題である装置によって達成され、任意且つ追加的有用な特徴が従属請求項に導入されている。 These objects are achieved by the device which is the subject of the appended independent claims, and optional and additional useful features are introduced in the dependent claims.
図1は、電流補償コイル15と、相関コンデンサ11と、二つのY相対アースコンデンサ12とから成る公知タイプのEMC受動フィルタを表す。Yコンデンサ12は主ラインに伝送される同相モード干渉の抑圧において有効であり、まだ、コンデンサは漏れ電流の重要な原因源である。
FIG. 1 represents a known type of EMC passive filter comprising a current compensation coil 15, a correlation capacitor 11, and two Y-
発明の一態様によると、EMCフィルタは従来の受動EMCフィルタにおけるように漏れ電流を増加することなしに、主ラインにより伝導された不望のRF EMIを抑圧する有効要素を包含する。図2を参照すると、この発明によるEMCフィルタは電流補償コイル15とアースに分岐され且つ工作機械31に到達することから防止されるRF EMI成分の低インピーダンスを表す有効分岐モジュール32とから成る。有効分岐モジュールの有効性は電子部の最終応答時間により周波数スペクトルの上部分に限定され得る。この場合に、無視し得る漏れを導入する二つの小さいYコンデンサは高周波数減衰を改良するように加えられ得る。
According to one aspect of the invention, the EMC filter includes an effective element that suppresses unwanted RF EMI conducted by the main line without increasing leakage current as in conventional passive EMC filters. Referring to FIG. 2, the EMC filter according to the present invention comprises a current compensation coil 15 and an
図1と2に表現されたEMCフィルタと工作機械は単相装置として示されている。しかしながら、三相或いは多相装置とフィルタが可能であり、本発明の範囲内に構成されていることが理解されている。 The EMC filter and machine tool represented in FIGS. 1 and 2 are shown as a single phase device. However, it is understood that three-phase or multi-phase devices and filters are possible and are configured within the scope of the present invention.
有効分岐モジュール32の例は図3を参照して議論されている。この例は三相回路を紹介される。発明の範囲内では、単相回路のために、この三相回路を修正することが可能である。有効分岐32は、電力ライン33a,33bと33cに現れる高周波数電圧成分、顕著な騒音を減衰させるコンデンサバイパスとして働く。それはインピーダンス37によってRF EMIを分岐する二つの補充追従トランジスタ34から成る。
An example of a
有効分岐モジュール32の他の例は図7に表現されている。有効モジュール32は、不望の騒音が期待される周波数においてアース電位に接近する電位で入力点72を保持するように配列されている。コンデンサ76a,76b、76cと77a,77b、77cは有効分岐の供給コイルの電圧デイバイダーを形成する。この方法では、有効分岐モジュールは主電圧より低い電圧、例えば主電圧の半分を供給される。これは、幾つかの成分の破壊の場合にさえ、障害電流を無害レベルに減少させ、大きな漂遊インダクタンスを有するヒューズの使用を回避する。さらに、有効分岐における装置電圧はコンデンサデイバイダーにより管理可能なレベルに保持される。
Another example of the
前記例は、三相主供給の場合を参照する。しかしながら、本発明はこの配置に限定されていなく、本例は単相供給ラインで作用するように容易に修正され得る。 The example refers to the case of a three-phase main supply. However, the invention is not limited to this arrangement and the example can be easily modified to work with a single phase supply line.
図4は本発明によるEMCフィルタの他の態様を概略的に表す。フィルタは負インピーダンスコンバータ(NIC)42から成り、それにより変圧器の捲線41と44は電力ライン45、45’に現れる騒音に大きな直列インピーダンスとして現れる。図4の回路は、漏れ電流に無視し得る如く貢献する小さいYコンデンサによって工作機械装置31にEMIの有効な濾過を可能とする。
FIG. 4 schematically represents another embodiment of the EMC filter according to the invention. The filter consists of a negative impedance converter (NIC) 42, whereby the
有益には、この場合には、Yコンデンサは全体に全く省略される。NIC回路はライン40と45における騒音を打ち消す電圧源として働く。
Beneficially, in this case, the Y capacitor is entirely omitted. The NIC circuit acts as a voltage source that cancels out noise on
図5は電流センサー47と47’と電力ライン45と45’において騒音修正電流を出す能動回路48とから成り、工作機械31に働いたEMIを打ち消す本発明によるフィルタの他の態様を表す。回路48と供給ライン45と45’の間の絶縁は絶縁コンデンサ49と49’により設けられている。電流センサー47は例えば供給ライン45に沿って循環するRF EMIを読み取る検出コイルから成る。
FIG. 5 shows another embodiment of the filter according to the invention which consists of
さらに、例え表現されないとしても、電流センサーの一つが省略され得て、態様では、ラインの一つのみが検知され得ることが理解されるべきである。他の態様では、電磁コイルは両電力ライン45と45’と接続されて、例えば同相モード騒音成分を検知する。
Furthermore, it should be understood that one of the current sensors can be omitted, and in an embodiment, only one of the lines can be sensed, even if not expressed. In another aspect, the electromagnetic coil is connected to both
図6は、有効モジュール49により発生された修正信号が供給ライン45と45’を修正信号に電磁的に接続する変圧器50によって供給ライン45と45’に送られるこの発明のフィルタの他の態様を表す。幾つかの形態のコイルと捲線ベイがこの目的に使用されることが理解されるべきである。この一つの有益な態様では、変圧器50が電力ライン45、45’に関して電流補償インピーダンスを構成する。
FIG. 6 shows another embodiment of the filter of the invention in which the correction signal generated by the
図5と6の実施例の表現されなかった態様には、電流センサー47と47’が変圧器と或いは電圧センサーとしての検出コンデンサと交換され得る。同様に本発明のこれらの実施例は三相構造のために適用され得た。
5 and 6, the
回路48がアースに直列に接続されていなく、必要に応じて完全に浮動され得たことが前記実施例の利点である。この方法では、漂遊漏れ電流の不望の可能性がさらに減少される。
It is an advantage of the above embodiment that the
発明のEMCフィルタは、好ましくは、同様に主供給ラインに接続された工作機械から成るシステムに包含され、EMCフィルタが前記供給ラインに沿って伝送されたEMIの減衰を備える。 The inventive EMC filter is preferably included in a system consisting of a machine tool that is also connected to the main supply line, the EMC filter comprising attenuation of EMI transmitted along the supply line.
11....相関コンデンサ
12....Y相対アースコンデンサ
15....電流補償コイル
31....工作機械
32....有効分岐モジュール
33a,33b,33c...電力ライン
34....トランジスタ
37....インピーダンス37
40....電力ライン
42....負インピーダンスコンバータ(NIC)
41,44...捲線
45,45’...電力ライン
47,47’...電流センサー
48....能動回路
49,49’...コンデンサ
50....変圧器
11. . . . Correlation capacitor
12 . . . Y relative earth capacitor 15. . . .
40. . . .
41, 44. . .
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